Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer Kraftmeßeinrichtung nach der
Gattung des Hauptanspruchs. Derartige bekannte Meßeinrichtungen
lassen sich nach ihrem Wirkprinzip in direkte und indirekte Meßver
fahren einteilen. Bei den direkten Kraftmeßverfahren wirkt die Kraft
auf einen aktiven Körper, der mit elektrisch auswertbaren Verände
rungen seiner Eigenschaften reagiert (z.B. peizoelektrische,
magnetoelastische Stoffe). Bei indirekten Kraftmeßverfahren wird
die Kraft mittels Verformungskörper auf eine elektrisch auswertbare
Wegänderung zurückgeführt (DMS, kapazitiv, induktiv). Diese Einrich
tungen sind verhältnismäßig aufwendig.The invention is based on a force measuring device according to the
Genus of the main claim. Such known measuring devices
can be based on their principle of action in direct and indirect meas
classify driving. The force acts in the direct force measurement method
on an active body with changes that can be evaluated electrically
changes in its properties (e.g. peizoelectric,
magnetoelastic materials). With indirect force measurement methods
the force by means of a deformation body on an electrically evaluable
Path change fed back (strain gauge, capacitive, inductive). This facility
are relatively expensive.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße, nach dem indirekten Kraftmeßverfahren arbei
tende Kraftmeßeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie die Kraft
messung auf eine Druckmessung zurückführt, wodurch man preiswerte
Meßwertaufnehmer verwenden kann. Durch Abstimmung des
Feder-Masse-Systems und Einstellen der Dämpfung kann das dynamische
Verhalten des Meßsystems den jeweiligen Anforderungen angepaßt
werden. Durch die Verwendung eines Druckaufnehmers mit integrierter
Elektronik entsteht ein sehr kompaktes System mit Signalwandlung und
Signalaufbereitung. Das elektrische Ausgangssignal kann unmittelbar
als Istwertsignal für einen Kraftregelkreis genutzt werden. Der ver
schiebliche Teil der Meßeinrichtung besitzt nur einen translato
rischen Freiheitsgrad und kann somit neben der reinen Meßfunktion
auch Führungsfunktion übernehmen. Nur die mit der Achse der Längs
führung zusammenfallende Komponente der Kraft wird ausgewertet.The work according to the invention, according to the indirect force measurement method
Tende force measuring device with the characteristic features of
The main claim has the advantage that it has the power
measurement leads back to a pressure measurement, which makes it inexpensive
Sensor can use. By voting the
Spring mass system and adjustment of the damping can be dynamic
Behavior of the measuring system adapted to the respective requirements
will. By using a pressure sensor with integrated
Electronics creates a very compact system with signal conversion and
Signal processing. The electrical output signal can be immediate
can be used as an actual value signal for a force control loop. The ver
sliding part of the measuring device has only one translato
degree of freedom and can therefore be used in addition to the pure measuring function
also take on a managerial role. Only the one with the axis of the longitudinal
leadership coincident component of the force is evaluated.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen. Dadurch, daß der Kolben durch eine Feder vorge
spannt ist, kann der gewünschte Arbeitspunkt durch Verschieben des
Federfußpunkts eingestellt werden.Further advantageous refinements of the invention result from
the subclaims. In that the piston is pre-selected by a spring
is stretched, the desired working point can be adjusted by moving the
Spring base point can be set.
Zeichnungdrawing
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Be
schreibung und in der Zeichnung erläutert. Diese zeigt einen Längs
schnitt durch eine etwas vereinfacht dargestellte Kraftmeßeinrich
tung.An embodiment of the invention is in the following Be
spelling and explained in the drawing. This shows a longitudinal
cut through a somewhat simplified Kraftmeßeinrich
tung.
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
In einem Gehäuseteil 10 ist auf einer Längsführung 11 extrem rei
bungsarm ein Schieber 12 geführt, an dessen aus dem Gehäuse ragenden
Oberfläche ein Stab 13 befestigt ist, auf den die zu messende Kraft
F einwirkt. Das der einwirkenden Kraft entgegengerichtete Ende des
Stabs ist mit 13 A bezeichnet; es hat dann, wenn keine Kraft ein
wirkt, einen bestimmten Abstand zu einer Gehäusekante 10 A. An einer
Konsole 14 des Gehäuses ist eine Gewindebohrung 15 ausgebildet,
deren Achsrichtung mit der Längsachse des Schiebers 12 etwa zusam
menfällt. In der Gewindebohrung 15 ist eine Stellschraube 17 ange
ordnet, welche auf eine Druckfeder 18 einwirkt, die sich in einer
Sacklochbohrung 19 des Schiebers 12 befindet. Am entgegengesetzten
Ende des die Sacklochbohrung aufnehmenden Teils des Schiebers ist
ein Kolbenteil 21 ausgebildet, das auf eine Rollmembran 22 einwirkt,
die in einer achsgleich zur Längsachse des Schiebers 12 verlaufenden
Bohrung 23 in einer Gehäusekonsole 24 angeordnet ist. Die Bohrung 23
ist durch eine am Ende des Gehäuses 10 angeordnete Platte 25 ver
schlossen, welche auch die Rollmembran mit einem an dieser ausgebil
deten Ringwulst 26 festhält. Im Innenraum 27 der Rollmembran befin
det sich eine Flüssigkeit.In a housing part 10 , a slide 12 is guided on a longitudinal guide 11 with extremely low friction, on whose surface projecting from the housing a rod 13 is fastened, on which the force F to be measured acts. The end of the rod opposite to the acting force is designated 13 A ; it has a certain distance to a housing edge 10 A when no force is acting. A threaded bore 15 is formed on a bracket 14 of the housing, the axial direction of which coincides approximately with the longitudinal axis of the slide 12 . In the threaded bore 15 , a set screw 17 is arranged, which acts on a compression spring 18 which is located in a blind hole 19 of the slider 12 . At the opposite end of the part of the slide which receives the blind hole, a piston part 21 is formed which acts on a rolling membrane 22 which is arranged in a bore 23 in a housing bracket 24 which is the same axis as the longitudinal axis of the slide 12 . The bore 23 is closed by a plate 25 arranged at the end of the housing 10 , which also holds the rolling diaphragm with an annular bulge 26 formed on it. In the interior 27 of the rolling membrane is a liquid.
An den Raum 27 schließt sich in der Platte 25 ein Kanal 29 an, wel
cher in einen geschlossenen Raum 30 mündet, in dem sich ein bestimm
tes Flüssigkeits- und Luftvolumen 31 befindet. Im Kanal 29 ist eine
Drossel 32 angeordnet. Vom Raum 30 führt ein Kanal 33 zu einem
Druckaufnehmer 34, der ein zur Kraft F proportionales elektrisches
Ausgangssignal liefert, z. B. ein Piezoelement. Dieses Signal wird
als Istwert in einem Kraftregelkreis benötigt, in welchem die
Kraftmeß- einrichtung angeordnet werden kann.At the space 27 is followed by a channel 29 in the plate 25 , which opens into a closed space 30 , in which a certain volume of liquid and air 31 is located. A throttle 32 is arranged in the channel 29 . From the space 30 , a channel 33 leads to a pressure transducer 34 , which delivers an electrical output signal proportional to the force F , e.g. B. a piezo element. This signal is required as an actual value in a force control loop in which the force measuring device can be arranged.
Das Meßsystem ist über die weiche Druckfeder 18 vorgespannt. Der ge
wünschte Arbeitspunkt kann durch Verdrehen der Stellschraube 17 ein
gestellt werden. Die Ruhelage des Schiebers 12 im Gehäuse ist durch
die Vorspannung der Druckfeder 18 und durch die Größe des Flüssig
keits- und Luftvolumens in den Räumen 27 und 30 definiert. Der Ab
stand zwischen Stirnflächen 10 A und 13 A bestimmen den maximal mög
lichen Meßbereich. Der Druck im Raum 27 steigt proportional der zu
messenden Kraft F an. Die Kompressibilität des Luftvolumens 31 ge
währleistet in Verbindung mit dem Anschlag (Stirnfläche 10 A, 13 A)
einen wirksamen Überlastschutz, und zwar dann, wenn die Stirnkante
13 A an die Stirnkante 10 A gelangt ist. Durch das Luftvolumen 31 kann
ein Verschleifen des Kraftanstiegs bei plötzlich auftretenden Gegen
kräften erreicht werden, d. h. das Luftvolumen ergibt im Zusammen
wirken mit der Dämpfdrossel 32 eine Verzögerung des Druckanstiegs.The measuring system is biased via the soft compression spring 18 . The desired operating point can be set by turning the adjusting screw 17 . The rest position of the slide 12 in the housing is defined by the preload of the compression spring 18 and by the size of the liquid and air volume in rooms 27 and 30 . The distance between end faces 10 A and 13 A determine the maximum possible measuring range. The pressure in space 27 increases proportionally to the force F to be measured. The compressibility of the air volume 31 ensures ge in connection with the stop (end face 10 A , 13 A ) effective overload protection, and that when the front edge 13 A has reached the front edge 10 A. Due to the air volume 31 , a smoothing of the increase in force in the event of suddenly occurring counter-forces can be achieved, that is to say the air volume, in cooperation with the damping throttle 32, results in a delay in the pressure increase.